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这些研究结果有助于为聚合物注塑成型中使用的微结构金属模具镶件选择合适的制造工艺，尤其是那些具有亚毫米级表面结构的部件，比如汽车光学镜头、微流控芯片以及生物医学微器件。研究表明，对SAE H13材料进行粉末微热压纹处理，能够实现低于传统金属挤压设备分辨率极限的精细结构，从而证明其作为微工具制造粉末冶金工艺的可行性。
摘要
用于聚合物注塑成型的微结构SAE H13工具钢镶件需要精确复制亚毫米级结构，同时还要保持良好的致密度和热处理性能。本研究比较了两种基于粉末的加工方法，这两种方法都是用于加工带有基底宽度约为0.145毫米的金字塔形结构的半球形镶件：一种是将水雾化处理的SAE H13粉末（供应商给出的d50值为5.7微米，形态不规则）与商业M1粘结剂混合后进行热压纹处理；另一种则是使用市售的气体雾化SAE H13丝材，在Markforged Metal X设备上进行材料挤出处理。通过流变学测试确定了自制热压纹用原料的粉末与粘结剂体积比为57:43，而DSC/TGA测试则确定了两步脱粘的最佳条件。对于自制混合物，最佳的热压纹条件为220摄氏度、8兆帕压力、45分钟；而对于市售的颗粒状丝材，最佳条件为210摄氏度、8兆帕压力、30分钟。在最佳条件下，后者样品的直径与硅胶仿制品的偏差仅为0.15%。在所测试的市售材料挤出工艺中，由于沉积线宽达到0.40毫米，超过了目标结构的基底宽度，导致切片软件无法生成小于该线宽的几何结构，因此无法实现金字塔形结构的精确复制。两种工艺产生的缺陷也有差异：热压纹处理的样品存在由粉末形态和无压烧结导致的孔隙和局部裂纹，而材料挤出处理的样品则存在与加工路径相关的、沿成型方向分布的间隙。由于所有样品的烧结条件并不完全一致，因此微观硬度和拉伸强度数据只能反映特定加工过程的结果，而不能直接用来评估不同工艺的优劣。本研究为SAE H13微工具的加工工艺选择了实验上可行的限制条件：对于亚喷嘴级别的精细结构，热压纹工艺仍然更优；而如果能够解决分辨率、致密度以及烧结后的固化问题，材料挤出工艺则在宏观几何结构设计方面具有优势。
